第5章 物流运输系统设计及分析

1、第第6 6章章 物流运输系统设计与分析物流运输系统设计与分析本章学习目标本章学习目标掌握物流运输系统构成要素 ；掌握物流运输线路设计原则 ； 掌握运输系统规划设计的内容；了解物流运输线路优化模型 ；了解运输业务模式选择 ；了解物流运输系统设计方法。 第六章第六章 物流运输系统设计与分析物流运输系统设计与分析第一节 物流运输系统概述第二节 物流运输线路选择第三节 物流需求企业运输系统设计第四节 物流运输系统设计实例第六章第六章 物流运输系统设计与分析物流运输系统设计与分析随着专门化物质传输系统的形成，以及对运输这一概念认识的深化，人们不仅已经不把输电、输水、供暖、供气等形式的物质位移列入运输的范

2、围，而且也已不再把语言、文学、符号、图像等形式的信息传输列入运输的范围。据此，从专业角度出发，一般可以认为交通是指“运输工具的运输网络上的流动”。事实上，随着社会的进步、经济的发展、物质的位移、人员的流动、运输工具也越来越多地被使用，因此交通的含义习惯于特指运输工具在运输网络上的流动。作为物流的基本功能环节，运输的地位是非常重要的。特别是运输网络直接影响着物流网络的构成，物流节点往往与交通运输节点相一致，因此研究物流系统必然把运输系统放到首要位置。第一节第一节 物流运输系统概述物流运输系统概述一、物流运输系统 运输是指借助公共运输线及其设施和运输工具来实现人与物空间位移的一种经济活动和社会活动

3、。但是，经济活动中的输电、输水、供暖、供水和电信传输的信息等，虽然也产生物质位移，但都已各自拥有独立于运输体系之外的传输系统，它们完成的物质位移已不再依赖于人们一般公认的公共运输工具，因此不属于运输的范围； 又如，一些由运输工具改作它用的特种移动设备（包括特种车辆、船舶、飞机）的行驶所引起的人与物的位移，虽然利用了公共运输线，但它们本身安装了许多为完成特种任务所需的设备，因而也不属于运输的范围。此外，在工作单位、家庭周围、建筑工地由运输工具所完成的人与物的位移，由某种工作性质引起的位移，在娱乐场所人的位移，这些位移也都不属于运输的范围。 一般而言，运输具有两大功能：产品转移和产品存储。（一）产

4、品转移（二）产品存储 二、物流运输系统构成要素二、物流运输系统构成要素 现代化的物流运输都必须要有运载工具、通路、场站、动力、通信、经营机构等要素与之配合，且运输经营的成功与否，服务质量能否令人满意，也取决于构成要素能否发挥其应用的功能，以及彼此能否密切配合。三、物流系统运输方式选择三、物流系统运输方式选择 运输是生产过程在流通过程阶段的继续，运输使投入流通领域的产品发生位置移动，从而将生产和消费联结起来，使产品的使用价值得以实现。根据客户的要求以及承运商所承运的货物种类，选择合适的运输方式，在预定的时间内高效率、低成本的要求以及承运商所承运的货物种类，选择合适的运输方式，在预定的时间内高效率

5、、低成本地将货物运达目的地，是运输管理的基本内容。运输有五种基本方式，分别是公路运输、铁路运输、水路运输、航空运输和管道运输。在实际中，公司可通过对货物的种类、运输量、运输距离、运输时间、运输成本等几个方面的综合考虑，来选择合适的运输方式。（一）运输方式的衡量指标 不同的运输方式有不同的特征和适用范围，在选择时，可按以下几个技术经济指标来衡量：1.货物运输量 2.货物周转量 3.货物平均运程 4.货车周转时间 5.货物装卸量 6.运送速度 （二）影响运输方式选择的因素 一般来说，运输方式的选择受运输物流的种类、运输量、运输距离、运输时间和运输成本5个方面因素的影响。显然这些条件不是相互独立，而

6、是紧密联系、相互影响的。对运输方式选择条件进行具体分析，可以分成两种类型：可变因素与不可变因素。运输物品的种类、运输量和运输距离3个条件是由货物自身的性质和库存地点决定的，因而不属于不可变因素。事实上，即使对这几个条件进行大幅度变更，改变运输方式选择的可能性也不大。与此相反，运输时间和运输成本是不同运输方式相互竞争的重要条件，运输时间与成本的变化必然带来所选择的运输方式的改变，是可变因素。（三）运输方式选择举例 某制造商分别从供应商A和供应商B处买了共3000个配 件，每个配件单价100元。目前这3000个配件是由两个供应商平均提供的，其中，供应商A的配件发送是由第三方物流企业C提供的，采用铁

7、路运输方式。如供应商缩短运达时间，则可以通过和该制造商协商争取到更多交易份额。假定运达时间每缩短一天，可从交易量中多得5%的份额，即150个配件。供应商从每个配件可赚得占配件价格（不包括运输费用）20%的利润。供应商A和物流企业C协商将运输方式从铁路运输改为卡车运输或航空运输以缩短货物的运达时间。各种方式的运输率和运达时间如下表所示。该物流企业应采取那种运输方式，又如何向供应商收取费用？表6-2 各种运输方式的运费率和运达时间运输方式运费率（元/件）运达时间（天）铁路2.507卡车6.004航空10.352显然就本例来说，物流企业C需要根据供应商S可能获得的利润来对运输方式进行选择决策，以求达

8、到和客户的一致。表6-3所示是供应商A使用不同的运输方式可能获得的预期利润。表6-3 使用不同运输方式时供应商A的利润比较表运输方式配件销售量（件）毛利（元）运输成本核算（元）净利润（元）铁路150030000375026250卡车1950390001170027300航空22504500023287.521712.5根据上表可知，如果制造商对能提供更好运输服务的供应商A给予更多交易份额的承诺实现，则供应商A应当选择卡车运输，而卡车运输与铁路运输之间的利润差额就是物流企业可以向供应商A争取的利润空间。第二节第二节 物流运输线路选择物流运输线路选择一、物流运输线路影响因素分析 物流运输网络设计的

9、核心内容是线路选择。物流运输线路选择是一个复杂的过程，需要经过多次反复迭代，才能得到满意的结果。一条运输线路的建立，不仅会对当地的经济产生直接影响，还会对当地的交通环境和生活环境产生影响。总的来说，影响运输线路选择的因素可分为两类：成本因素和非成本因素。成本因素是指与直接成本相关的、可用货币单位衡量的因素。非成本因素是指与成本无直接关系，但能够影响成本和企业未来发展的因素。（一）运输成本 对上下游企业来讲，运输线路与他们之间的距离以及采取的运输手段、运输方式（整车运输还是零担运输）等有直接的关系。通过合理选择，使运输距离最短，可以使运输成本尽量降低，服务最好。（二）营运成本 营运成本是指运输线

10、路建成后，营运所需花费的各种可变费用，主要包括所选线路的动力和能源成本、劳动力成本、利率、税率和保险、管理费用和运输工具设备维修保养费等。（三）运输线路建设成本和土地成本 运输线路选择后，基于交通线路的建设费用，由于不同的方案，在对土地的征用、道路建设要求等方面有不同的要求，从而可能导致不同的成本开支，而且各个国家和地区对运输线路建设的征用土地有不同的规定。（四）固定成本 固定成本主要指运输线路进行运作所需的设备支出，包括软硬件费用，主要有运输工具、线路维护、装卸机械、信息管理系统。 除了上述的成本因素外，下面的非成本因素也构成了对运输线路选择的影响。 交通因素。在运输线路选择时，一方面要考虑

11、现有交通条件，比如运输线路是否靠近现有的交通枢纽或不久的将来会在运输线路附件兴建运输中心；另一方面，交通也要同时作为布局的内容，只布局运输线路而不布局综合交通网络，有可能会使运输线路的布局失败。 环保因素。随着人们环保意识的加强，运输线路的选择要充分考虑运输车辆对环境的污染。 政策法规因素。在选择运输线路之前，一定要到相关部门进行咨询，查清所选地区在未来是否会作为他用。交通管制与环境保护也是重要的法律因素。二、物流运输线路设计原则二、物流运输线路设计原则在综合考虑了影响物流运输线路选择的因素后，要依据一定的准则对各个地区进行比较，从而得出可能的地点。要用系统的观点，从各个方面进行综合比较。当然

12、，也可以根据企业的战略目标选定某一种或几种原则作为评价标准。选择运输线路一般应遵循以下几个原则：（一）费用最小原则 运输成本最低一般是企业首先追求的目标。运输线路的规模越大，数目越多，产品的在途量就越大，相应的运输成本费用就越高。运输营运费、在库维持费、收发货处理费与运输线路选择的据点数成正相关，一般而言据点数目越多，费用越多。 而末端配送费用会随着运输线路据点数目的增多而减少。这时因为配送距离缩短，使配送费用下降。 总之，物流的总费用曲线是一个凹性函数，即在一定的据点数目范围内，物流总费用会随着运输量的增多而下降。但是在经过一定的均衡点后，物流的总费用反而会随着运输时间的延长而上升。（二）动

13、态性原则 与运输线路选择相关的许多因素不是一成不变的。例如，用户的数量、用户的需求、经营的成本、价格、交通状况等都是动态因素，所以，在选择运输线路时应该以发展的目光考虑运输线路的布局，特别要充分考虑城市的发展规划的影响。同时，对运输线路的规划设计应该具有一定的弹性机制，以便将来能够适应环境变化的需要。（三）简化作业流程原则 减少或消除不必要的作业流程，是提高企业生产率和减少消耗最有效的方法之一。这一点反映在设计运输线路时，应以直达运输、尽量减少中间的换装环节为准则。（四）适度原则 合理规划运输线路还应考虑物流费用的构成，如商品由工厂到物流中心的输送费、物流中心的营运费、配送费、在库维持费、收发

14、货处理费等。在运输线路的布局与选址问题上，我们可以将总投资限额、总投资最低、营运成本最低、配送费用最低作为求解目标，建立数学模型或利用线性规划方法求得最优解。在设置方案上，应设计多种方案，采用决策最优化的原则，经过分析比较，选出最佳方案。三、物流运输线路优化模型三、物流运输线路优化模型（一）直达运输线路优化模型 1.直达运输线路优化问题 在物流系统的设计中，如何根据已有的运输网络，制订调研方案，将货物运到各需求地，而使总运费最小，是非常典型的运输决策优化问题。 2.直达运输优化模型 直达运输线路优化是一个产销平衡的运输模型，即m个供应点的总供应量等于n个需求点的总需求量，运输问题满足供需平衡。

15、这时，由各供应点调出的物资总量应等于它的供应量，而每一个需求点调入的物资总量应等于它的需求量。 直达运输问题模型求解方法有很多，表上作业法是常用的手工求解方法。 利用表上作业法，寻求运费最少的运输方案，有三个基本步骤：依据问题列出运输物资的供需平衡表及运价表；确定一个初始的调运方案；根据一个判定法则，判定初始方案是否为最优方案。 当判定初始方案不是最优方案时，再对这个方案进行调整。一般来说，每调整一次得到一个新的方案，而这个新方案的运费比前一个方案要少一些，如此经过几次调整，就会得到最优方案。1.问题的提出 前面讨论的运输问题，都是假定任意产地和销地之间都有直达路线，可直接运输物资，并且产地只

16、输出货物，销地只输入货物，但实际情况可能更复杂一些。例如，可考虑下列更一般的情况。 产地与销地之间没有直达路线，货物由产地到销地必须通过某中间站转运。 某些产地既输出货物，也吸收一部分货物；某销地既吸收货物，又输出部分货物，即产地或销地也可以起中转站的作用，或者既是产地又是销地。 产地与销地之间虽然有直达路线，但直达运输的费用或运输距离分别比经过某些中转站还要高或远。 存在以上情况的运输问题，统称为转运问题。（二）中转运输优化模型2.约束分析与数学模型 解决中转运输问题的思路是先把它化为无转运的平衡运输问题。为此，作如下假设： 首先根据具体问题求出最大可能中转量Q 纯中转站可视为输出量和输入量

17、均为Q的一个产地和销地 兼中转站的产地可视为一个输入量为Q的一个产地和销地。 兼中转站的可视为一个输出量为Q的产地及一个销量为 +Q的销地。 在此假设的基础上，列出各产地的输出量、各销地的输入量及各产销地之间的运价表，最后用表上作业法求解。jb(三)起讫点重合的问题 扫描法是一种很简便易行的优化车辆行走路线的方法。用扫描法确定车辆运行路线的方法简单易行，甚至于可以手工计算完成。一般来说，它求解所得方案的误差率在10%左右，这样水平误差率通常是可以被接受的。因为调度员往往在接到最后一份订单后的一个小时内就要制定出车辆运行路线计划。扫描法的步骤可简述如下：第一步，将仓库和所有的停留点的位置画在地图

18、上或坐标图上。第二步，通过仓库位置放置一直尺，直尺指向任何方向均可，然后顺时针或逆时针方向转动直尺，直到直尺交到一个停留点。询问：累计的装货量是否超过了送货车的载重量或载货容积（注意首先要使用最大的送货车）。如是，将最后的停留点排除后将第一辆车的停留点确定下来。再从这个别排除的停留点开始继续扫描，从而开始一条新的路线。这样扫描下去，直至全部的停留点都被分配完毕。第三步，安排每辆车运行路线的停留点的顺序，以求运行距离最小化。停留点顺序可用凸状法来安排。第三节第三节 物流需求企业运输系统设计物流需求企业运输系统设计这里，物流需求企业是指有物流业务需求的各类工商企业，企业的物流需求可以自己承担也可以

19、选择由第三方物流企业承担。因此，物流需求企业的运输系统规划涉及以下几个问题。一、运输系统的定位 不同经营领域的工商企业要求的运输服务效率不同，对运输系统的定位也不同。物流需求企业运输系统的定位直接关系到企业运输业务模式的选择决策。 一般的，运输服务对于工商企业而言，是为企业的主营业务生产和销售服务的辅助性部门，不是企业的核心竞争力所在。但也有例外，如沃尔玛将高效的物流运作作为企业的运营战略获得了极其突出的成效。企业运输系统乃至物流系统的定位与企业的经营领域密切相关。竞争性较强、品牌替代性强的日用消费品、必需品等领域需要企业具有很强的铺货能力，以及时把握销售机会，因而对货物运输的速度和效率要求较

20、高，企业对运输服务的要求会较高。高档消费品、奢侈品和工业品的技术含量高，品牌效应较强，企业间主要竞争的不是货物布点和速度，因而对货物运输的速度要求就会相应降低。企业需要根据自身运营的特点对运输系统、运输服务做出恰当的定位分析。可以说，如果企业的“第一利润源”和“第二利润源”还有足够的利润空间，经营者是不会太多地关注“第三利润源”的。 二、运输业务模式选择二、运输业务模式选择企业对运输系统的定位有了明确的判断后，就可以根据自身所具有的物流能力对运输业务的运作模式进行分析，如使用四象限分析法进行见图（6-3）运输能力运 输 重要性（强，重要）（弱，重要）（强，不重要）（弱，不重要） 一般的，如果企

21、业自身拥有的运输能力（包括硬件能力、管理能力）强，对运输服务的要求又较高，可以选择自营运输业务。将运输业务纳入企业范围内，可以保证企业运输能力对运输业务的监控，并便于各部门之间的协调。 如果企业自身的运输能力较弱，对运输服务的要求又较高，可以考虑将运输业务外包给实力较强的物流企业，并采取紧密合作的方式，如参股、签订长期的合作协议、信息共享等。 如果企业自身的运输能力较强，但对运输服务的要求并不是很高，则可以考虑将剩余的运输资源对外输出，成立独立的物流部门，采取市场化运作，实现资源的充分利用。 如果企业的自身运输能力较弱，对运输服务的要求又不高，则可以将运输业务外包，并采取松散的合作方式，在保证

22、一定的服务水平的基础上以降低运输成本为主要目标。三、运输系统规划设计的内容三、运输系统规划设计的内容物流需求企业采取了不同的运输业务模式，其运输系统规划设计的内容也不同。（一）运输业务外包的企业 企业将运输业务外包并不意味着对运输业务的工作完全放弃，企业还必须有专门的部门或人员负责对运输业务的考核、监督、协调等工作，其中最重要的就是对运输服务商的选择和评价。运输服务商是物流服务商的一种。（二）运输业务自营的企业 企业如果选择自营运输业务，其运输系统规划与物流服务企业的运输系统规划是基本相同的，需要考虑到各种运输方式的结合、运输工具的配置、运输线路、运输流量等的规划。所不同的是，物流服务企业面临

23、的是市场化需求，具有很强的随机性，而且需要兼顾企业的长期发展战略。物流需求企业是以企业自身的运输需求为前提，需求具有相对的稳定性和可预知性，需要更加关注的是企业内部各部门之间的配合。四、定量方法在运输业务模式选择中的应用四、定量方法在运输业务模式选择中的应用 运输模式的选择除上述定性分析外，在数据充足的情况下也可借助于定量分析。在运输模式的选择中，量化方法只能起到一个辅助作用，对自营与外包业务模式的定性分析是非常关键的。当通过定性分析对两种模式的可行性都予以认可时，可以借助于定量分析的方法，并在结合企业的长期发展前景和战略的基础上，确定运输业务的运作模式。因为，一旦选择自营运输，其运输工具的固

24、定投入是非常大的，要改变决策的成本也非常高。运输业务模式的选择属于企业战略层次的决策。第四节第四节 物流运输系统设计实例物流运输系统设计实例Arcelik是土耳其最大的一家家用电器生产商，在1992年的销售总量是11亿美元。Arcelik有7个工厂，8个配送中心（仓库）和大约1500个销售代理。产品在仓库进行包装并运送到代理商手中。主要使用卡车进行运输，某些工厂和仓库之间使用铁路进行运输。ATILIM集团负责所有Arcelik产品在土耳其全国范围内的配送。它包含5个子公司，全国被划分为5个区域（地理上相连接），每个子公司负责1个区域内所有市场范围的供应。一个市场范围是某地区（通常是一个城市及其

25、周边）内若干个销售代理的集合。 截至1992年，ATILM经营着5个仓库，每个仓库归一个子公司所有。因此在原有系统中，将产品分配到不同的仓库不是太困难的问题。不过现在ATILIM打算建立3个新仓库以便更快地响应零售户的需求和提高在某些地区的市场占有率。这样，一个子公司会管理多个仓库，使分配产品到不同仓库这个问题变得复杂，为了增加系统柔性，ATILIM还允许几个子公司共用一个仓库。ATILIM意识到这些新的仓库有可能使运输费用降低。不过它必须首先设计一个新的配送计划。为了给这个大批量月配送规划寻找一些帮助，ATICIM在1992年3月联系了Bogazici大学工业工程系，它所要求的最终结果是可用

26、来决定工厂与仓库之间和仓库与市场之间的分配方案的模型。这还需要涉及每月的定单与卡车结合问题，而这个问题将由仓库里有经验的调度员经计算后解决。一、问题建模 对于基础的运输问题，线性规划模型已经成功地应用于配送规划。简单的说，现在的问题属于一个两级、多种商品的分配问题。其约束除了装载能力外，还有来自于管理层方面的因素。通过考虑几种不同的模型来求解这个每月配送计划问题，最后采用混合整数规划问题。二、优化结果 由于暂时得不到其他子公司的运输费用数据，主要着眼于ATILIM伊斯坦布尔的配送问题。解决了ATILIM伊斯坦布尔所服务的15个市场区域的线性方程式（6-7）式(6-12)的线性规划模型。这个公司

27、所提供的运输费用数据只允许从3个仓库进行装运。其他5个仓库的位置使它们不太可能被ATILIM伊斯坦布尔所使用。大多数的结果看起来合理，不过一小部分结果需要作一些调整。 因为卡车装载约束会导致一些奇怪的分配，例如深底锅Layjrova附近生产，可是有些城市的深底锅却从其他仓库运来。这是由于从Layirova出来的卡车已经装载了，按该线性规则的话，从其他仓库运送这些深底锅将更便宜，因为它们可以放在大件货物的顶部以享受“免费装运”。可是这个方案是理想化的。需要对方程作轻微改动以要求所有深底锅由Layirova的仓库进行装运，这些改动对目标函数的影响可以忽略。计算结果显示伊斯坦堡附近的新仓库使用率比较

28、低。实际上，由于这个地区的旧仓库锁提供的对土耳其国土欧洲部分的运装只使主要费用提高不到1%，而若使用新仓库来提供同样服务的话将使费用提高15%。而且这只是运输费用，还没有包括建立和管理这个仓库的费用。在伊斯坦堡附近建立新仓库的目的是为了减轻一直超负荷运作的旧仓库的压力。于是租一块地方作为新仓库，公司高层决定在建立一个长期性仓库之前先要对该仓库的经济效益进行严格的考虑。 经过一些主要的调整之后，得到了一个显示ATILIM伊斯坦堡所服务区域内每一种产品的装运路线的表格。 由于下列原因，可以认为这是一个合理的方案： 1.经调整后的方案的费用与未调整的线性规则得出的方案的费用相差不到1%。 2.所有在

29、Layirova生产的产品直接装运到该市场区域，而没有经过间接的仓库。这会降低仓库运作和装运费用。 3.Eskisehir仓库只需存储31种产品中的10种，这会使该仓库的管理大大简化。而在这之前，该仓库要存储几乎全部31种产品。 4.在这个方案里，卡车的装载约束将有富余，这意味着卡车装载将有更大的柔性。 5.运往大部分市场的轻便货物都放在卡车的顶部，这样将不会因装载这些货物而导致额外的费用。 6.分配到这两个仓库的轻便货物和货物总量是成比例的。对于Layirova仓库和Eskisehir，比例分别是25.7%和20.7%。 7.没有零散装运。对于特定市场和特定产品，全部产品由一个仓库进行装运，

30、正如该公司所要求的一样。 8.有4个市场的产品来自一个仓库。 9.其他11个市场由2个仓库提供服务，31种产品中有30种只存储在其中一个仓库中。 三、讨论及评价 在与Bogazici大学讨论之前，ATILIM想要使用一种电子表格来进行每月的分配计划，而项目最后采用了线性规划模型。下面将讨论一下这两种方案的优缺点。 毫无疑问，电子表格的优点是简单、容易理解和使用，但是，采用电子表格无法确定优化的方案。而线性规划模型是一种优化的方法，在一系列约束下，它能找到一个问题的最优解。线性规划模型通常要复杂得多，但它可以封装起来，变成像电子数据表的输入输出一样简单的软件。这就是这个项目中的工作内容之一。这样

31、，任何一个管理人员都可以轻松操作这种软件，即使没有任何的线性规划知识。该项目使用LINDO和QUICKBASIC完成。通过该项目，反映出线性规划具有以下优点： 1.对装置约束的处理。 2.最优化能力。 3.柔性（可加入新的约束）。 4.可扩展性（可加入新的产品和仓库）。 5.数据错误检测（不正确的数量和成本数据会导致不合理的方案）。但线性模型方法的一个最大的优点却带来了一个缺点：精确性。因为对装载约束的严格处理，如果较近仓库的卡车没有足够的空间，线性模型提供的解决方案可能会从较远的仓库运送小件的物品。而实际上，这些装载约束并不是严格的约束，因为仓库的管理员总是有一些灵活的方法来使卡车多装些东西。因此，完全按照“最优”解来处理对于一个公司来说可能非常不切合实际。这种问题可以通过对解决方案作出前面所解释的小调整来解决。 最后，还要指出这个配送问题